提供飛機(jī)高升力的襟翼

黃建國

飛機(jī)在運(yùn)動中產(chǎn)生的升力大于或等于它的重量時就會騰空而起，否則只能停在地面。飛機(jī)的升力主要來自碩大而對稱于機(jī)身兩側(cè)的機(jī)翼，可是，因為地面滑行速度有限，機(jī)翼產(chǎn)生的升力往往不夠，于是設(shè)計師在機(jī)翼的后緣上增加了兩塊襟翼，為飛機(jī)起降助一臂之力。為何小小的襟翼有如此大的威力？

分布在機(jī)翼后緣上的兩塊內(nèi)、外襟翼像水平尾翼上的升降舵、垂直尾翼上的方向舵及相鄰的副翼那樣，都繞各自轉(zhuǎn)軸運(yùn)動，同稱為舵面。不過，升降舵、方向舵的作用在于控制飛機(jī)姿態(tài)，而襟翼的作用在于為機(jī)翼增加升力并以“增升裝置”著稱。

那么，襟翼如何提高機(jī)翼的升力呢？

依據(jù)升力與機(jī)翼的面積、彎度與升力系數(shù)成正比例的關(guān)系，襟翼通過增加機(jī)翼的面積與彎度來增大升力，此外，設(shè)計師通過機(jī)翼與襟翼、主襟翼與子襟翼之間形成的縫隙，讓機(jī)翼下部高壓氣流穿過這些縫隙流向低壓的上表面，沖走那些雜亂無章的渦流，延緩襟翼上尾部氣流的分離帶來氣動效率的降低。

襟翼有單縫襟翼、雙縫襟翼和三縫襟翼三種。單縫襟翼只有一塊，并與機(jī)翼后梁艙形成一條縫;雙縫襟翼由一塊小的子翼（前翼）和大的主襟翼或由主襟翼和一塊小的后翼組成，三縫襟翼則由復(fù)雜的前翼+主翼+后翼組合而成。

從增升效果而言，在面積相同的情況下，三縫襟翼的效果最好。737-300采用的就是三縫襟翼。它的前翼沿直線滑軌向前平移以增大面積;主襟翼沿主滑軌運(yùn)動時向后伸展還能向下偏轉(zhuǎn);后襟翼則通過一套四連桿機(jī)構(gòu)隨主襟翼聯(lián)動做向下和向后運(yùn)動，使整個襟翼面積和彎度一塊增加，效果非常好。

但是這種三縫襟翼的結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，重量也大，因而逐漸被淘汰了。后來的機(jī)型多采用“主襟+后襟”組合，波音757、777等都采用雙縫襟翼。也有不少飛機(jī)嫌子翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)過于復(fù)雜還可能降低其可靠性，便采用子翼固定并隨主襟翼一同運(yùn)動的雙縫襟翼，中國商飛研發(fā)的ARJ21飛機(jī)就用的這種。A320則采用了更為簡單的單縫襟翼，但它使用了更多的前緣翼來彌補(bǔ)襟翼增升的不足。

飛機(jī)上任何舵面只有當(dāng)它運(yùn)動時才能充分發(fā)揮作用。襟翼運(yùn)動的全行程約為45～50°，轉(zhuǎn)軸半徑長達(dá)1米左右，且轉(zhuǎn)軸中心在機(jī)翼之下。這就無法從轉(zhuǎn)軸中心上安裝一個連接襟翼的旋轉(zhuǎn)支臂，故大多數(shù)襟翼采用沿等高度的滑軌運(yùn)動，轉(zhuǎn)軸中心即為滑軌虛擬圓心。

此外，襟翼運(yùn)動也別具特色：同一塊舵面有兩副相似的滑軌及兩個作動器。在這4個作動器的驅(qū)動下，襟翼沿滑軌走過的行程各不相同?？墒?，這4個作動器都連接在電機(jī)或液壓馬達(dá)輸出的同一轉(zhuǎn)速的扭力管上。如何滿足內(nèi)、外襟翼在同一時刻偏轉(zhuǎn)相同角度？這是所有飛機(jī)襟翼運(yùn)動設(shè)計的一大難點(diǎn)，也是一個重點(diǎn)。

在飛機(jī)采用電傳操縱之前，襟翼的運(yùn)動通常由飛行員操作襟/縫翼手柄，通過拉桿或鋼索回路，開啟操縱閥，由液壓馬達(dá)或電機(jī)帶動沿機(jī)翼后梁走向的扭力管轉(zhuǎn)動，再驅(qū)動與作動器相連的襟翼沿滑軌運(yùn)動。在舵面偏轉(zhuǎn)過程中，操縱閥實現(xiàn)反饋并回到中立位置。

飛機(jī)采用電傳操縱之后，襟翼運(yùn)動變?yōu)椋猴w行員操縱與角位移傳感器相連的襟/縫翼手柄，通過電信號直達(dá)數(shù)字計算機(jī)，計算機(jī)同時接收手柄和舵面的位置信號，進(jìn)行比較、飛行控制律計算，形成指令后給液壓馬達(dá)或電機(jī)、帶動扭力管轉(zhuǎn)動，再驅(qū)動作動器及舵面偏轉(zhuǎn)。

在這個運(yùn)行過程中，指令都與監(jiān)控同時進(jìn)行，舵面運(yùn)動信息通過數(shù)據(jù)總線顯現(xiàn)在駕駛艙的屏幕上，一目了然。破解4個內(nèi)、外作動器的運(yùn)動學(xué)計算及確保內(nèi)外襟翼同步運(yùn)動的繁雜的問題都集中在技術(shù)含量高的襟翼飛行控制律內(nèi)，由計算機(jī)運(yùn)算得到，化解了復(fù)雜的計算難題。

正是這些重要的控制和傳動設(shè)備與裝置，造就了今天的襟翼及其運(yùn)動系統(tǒng)為機(jī)翼提供了充沛的高升力，使飛機(jī)起降性能大大提高，起降滑跑距離一短再短！